靜電紡絲法制備空氣過濾膜及應用

梁幸幸，楊　穎，許德平

(1. 中國礦業大學(北京)化學與環境工程學院，北京 100083；2. 清華大學電機系，北京 100084；3. 清華大學電力系統重點實驗室，北京 100084)

目前，PM2.5與PM10帶來的危害已引起全世界的關注，而過濾是應用最為廣泛的空氣凈化的方法，因此空氣過濾設備成為了研究熱點，其核心過濾材料的研究和開發更是成為了重中之重。傳統的空氣過濾材料主要包括石棉纖維、聚酯與聚丙烯腈等合成纖維、玻璃纖維等，但其僅對0.3 μm以上的微粒有較高的過濾效率，對亞微米微粒以及其他較小的病原體難以實現有效過濾[1]。靜電紡絲工藝因能夠直接、連續制備聚合物亞微米與納米纖維被廣泛研究[2]，基于其高孔隙率、小孔徑和大比表面積的結構，具有很好的過濾性能，因此在空氣過濾方面得到了極大的關注[3]。

1　空氣過濾原理

1.1　空氣過濾理論的研究進展

過濾凈化技術理論的研究在20世紀迅速發展，相應的過濾理論也逐漸建立，而空氣過濾器的發展只有短短20多年的歷史[4-5]。過濾理論最早起源于1827年，蘇格蘭植物學家羅伯特·布朗發現水中花粉及其它懸浮的微小顆粒不停地作不規則的曲線運動的規律，即布朗運動[6]。在1922年， Freundlic[7]研究了對氣溶膠過濾規律的認識[8]，得出半徑在0.1～0.2 μm范圍之內的氣溶膠微粒有最大滲透率。1931年，Albrecht運用流體力學的理論對氣流通過單一的圓柱纖維運動規律進行了研究，并建立了Albrecht理論，隨后Sell在此基礎上對其進行了重要的改進[9]。1936年，Kaufmann率先把布朗運動和慣性沉淀這2個概念結合應用到纖維的過濾理論中，推導出了過濾用的數學公式[10-13]。1942年，Langmuir對過濾理論繼續了進一步的研究，得出過濾可以當作截留和擴散的綜合作用，而且可以忽略慣性粒子在其過濾纖維上的沉淀[14]。1952年，Davies相互結合截留、擴散和慣性沉淀3種機制，在此基礎上建立了孤立纖維理論[15]。1958年Friedlander[16-17]與1967年YoshioKa[18]等對在較大雷諾數的情況下顆粒的慣性和擴散沉積以及包括重力效應和過濾器阻塞的現象進行了研究和總結，發展了獨立纖維理論。1967年，Pickaar[17,19]和Clarenburg[20]在研究中致力于提出一個纖維過濾器微孔結構的數學理論。1987年Pich和1993年Brown在其專著中描述了過濾理論的最新發展[21-22]。1992年Payet等對氣體在單一纖維上的滑動進行了考慮，進而對經典理論引入了修正系數，使得理論與實驗數據更好地吻合[23]。1995年Rosner提出分散在單一纖維體表面的顆粒以不規則的分布和經常形成樹枝狀結構為特征，建立了改善的理論和顆粒在單一纖維體上的空間分布，利用此理論和計算程序可預測顆粒的沉積[24-25]。2001年，Thomas等研究了過濾器在發生阻塞的情況時的空氣過濾理論與試驗，提出了過濾器在濾餅存在的情況下，過濾效率和壓力損失計算模型[26]。

1.2　空氣過濾機理

過濾過程分為2個階段，即穩態過程和非穩態過程。穩態過濾理論基于2個基本假設：1)過濾材料對微粒的捕捉效率為1，即微粒一旦碰到纖維就被捕集；2)微粒一旦沉積，對過濾過程不會產生進一步影響。因此在此階段，捕捉效率和阻力與時間無關，由過濾材料的結構、微粒的固有性質和氣流大小決定。非穩態過程十分復雜，目前對此尚無完善的理論研究成果。

經典過濾理論一般建立在穩態過程，主要的過濾機理有攔截效應、慣性沉積效應、擴散效應、重力沉積效應和靜電吸附效應[27-30]。攔截效應主要是范德華力作用的結果；慣性沉積效應是因慣性力的存在，導致空氣中的微粒脫離流線撞擊到濾料纖維表面進行沉積，慣性力隨著微粒的增大而加大，主要針對大于0.5 μm的微粒；擴散效應指空氣中的微粒與氣體分子碰撞做無規則布朗運動，進而隨機地與濾料中纖維發生碰撞而被捕獲，主要針對小于0.1 μm的微粒；重力沉積效應是在重力作用下質量相對較大的微粒通過纖維層時脫離流線沉積，一般對于0.5 μm以下的粒子，其重力作用可忽略不計；靜電吸附效應的影響主要集中在兩方面：一是靜電作用使微粒流線沉積；二是靜電作用使微粒在濾料纖維表面上更加牢固的黏結。

靜電紡納米纖維過濾材料的過濾機理為穩態過程，而且單根纖維的捕捉效率并不是各種效應下捕集效率的簡單加和，而是5種效應共同作用的結果[31]。表征過濾材料本身性能優劣的主要參數為纖維直徑和填充率，微粒直徑與空氣的流速也是影響過濾性能的重要因素，一般認為過濾效率隨著纖維直徑的減小而增加，隨著微粒直徑的增加而增加。

2　靜電紡技術及其制備過濾材料的研究

2.1　靜電紡絲概述

圖1　靜電紡絲裝置工作示意圖Fig.1　Schematic diagram of electrostatic spinning device

19世紀末期，Rayleigh把電紡絲作為電噴涂的部分進行了報道，并研究了進行電紡絲所需施加的電場。隨后20世紀30年代，Formhals申請了第1個靜電紡絲技術制備纖維的專利[32]，成為了靜電紡絲技術制備纖維的開端。靜電紡絲技術具有生產設備簡易，多種可紡物質選擇，成本低廉，生產中的各項工藝參數可以調控等突出優點，在有效制備納米纖維或微納米纖維膜的領域內被廣泛應用。靜電紡絲裝置工作示意圖見圖1，主要由高壓電源、針頭和接收裝置3部分組成，高壓電源連接注射泵針頭，接收裝置進行接地。其原理主要是：在施加高壓靜電的環境下，針頭處具有一定黏度的聚合物液體(溶液或者熔融物)被電場力拉伸形成“泰勒錐”[33-34]，當電場力足夠克服其表面張力和內部黏結力時，“泰勒錐”表面噴射出聚合物溶液射流(其流速大概在幾米/秒)。射流在較短的時間和距離內經過電場力的高速拉伸、溶劑揮發或熔體冷卻、相分離與固化，最終在接收極得到亞微米甚至納米數量級的聚合物纖維[35-36]。通過靜電紡絲技術制備的納米纖維膜，其直徑比傳統方法得到的纖維直徑小幾個數量級，通常控制在幾十納米到幾十微米之間，孔隙率高，比表面積較大；擁有互聯的曲折孔結構，空隙大小達到亞微米級；還可以通過控制電紡時間以及纖維膜的后續處理控制厚度；而且目前有多種聚合物或其單體的多種共聚物都可以利用靜電紡絲技術制備微納米纖維膜，如聚氧化乙烯(PEO)系、聚丙烯腈(PAN)系、聚偏氟乙烯(PVDF)系、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)系、聚酰胺(PA)系等，為制備電紡纖維膜的材料提供了多樣化的選擇。

靜電紡絲技術被廣泛應用于諸多領域，而且能夠用于制備微納米纖維或纖維膜聚合物的種類繁多，但是靜電紡絲纖維膜形貌受很多因素控制，其主要因素有：溶液性質、工藝參數與環境因素。溶液性質包括溶劑的種類、溶液的濃度、黏度、相對分子質量大小、電導率等，決定了紡絲溶液的可紡性。電紡工藝參數，包括溶液流量、紡絲電壓、接收距離、針頭內徑等，對電紡纖維膜的形貌有重要的影響，紡絲電壓與接收距離直接決定了溶液所受的電場力的大小。環境因素，包括溫度、空氣濕度等對紡絲也有一定的影響。其中，溶液性質以及電紡工藝參數是影響電紡纖維膜形貌與性能的主要因素。針對同一種聚合物的研究，溶液性質對纖維形貌的影響比工藝參數更為顯著。雖然目前對電紡中的各種因素的影響已經有很多研究，但一方面，對于不同聚合物溶液體系，由于其性質不同，各因素的影響結果可能并不相同，電紡工藝參數研究的結論不一定可以通用。另一方面，電紡中很難控制判斷某一種因素的影響，因為各因素對電紡成纖的影響可能是互相聯系的，并不完全孤立。因此對于電紡的研究還有待進一步深入研究。

2.2　靜電紡空氣過濾材料的性能

過濾材料的性能對過濾效果有著直接的決定性作用，通過靜電紡絲技術得到的為納米纖維膜，其直徑比傳統方法得到的纖維直徑小幾個數量級，其直接范圍為幾十納米到幾十微米，其用作空氣過濾材料有著自己獨特的優勢。

2.2.1孔徑及孔徑分布

孔徑通常指空隙的平均直徑，孔徑分布指各級孔徑所占百分比。其測試方法有BET法[37]，壓汞法[38]，泡點法[39]等。過濾材料對微粒的過濾是通過其內部孔道實現，因而孔徑與孔徑分布很大程度上影響過濾材料對微粒大小的過濾。商業生產中采用聚合過濾媒介來捕獲0.3 μm大小的油滴，電紡技術有望為這種亞微米級的有害顆粒的去除提供一個新的研究方向。由于過濾器只能用來捕獲與過濾的孔結構相匹配的顆粒或者液滴，因此在過濾器中發展高效和有效的過濾媒介最直接的方法就是采用納米纖維材料。一般情況下，電紡纖維膜因其大比表面積、小孔徑與曲折孔結構，比較有利于捕獲小于0.5 mm的細小顆粒，進而提高過濾效率[40]。

2.2.2過濾效率

過濾效率指被捕捉的微粒量占原空氣中微粒量的比值，直接關系到過濾器能否滿足使用要求。選取不同的檢測方法，過濾器的過濾效率會有很大的差異，所以在對不同過濾器的過濾效果進行比較時需要先確定測試方法及其計算方法[41]。另外隨著人們要求的不斷提高，不僅是過濾效率要求提高，過濾精度的要求也越來越高。過濾精度與顆粒直徑相聯系，過濾精度值是指某個尺寸以上顆粒被濾除的效率。電紡纖維膜擁有互聯的曲折孔隙結構，孔隙的大小達到亞微米級，其對過濾效率與過濾精度的提高有著不可替代的優勢。

2.2.3過濾阻力

在過濾過程中，濾料進、出風口之間存在的壓力差值即為過濾阻力，也稱為壓力降。纖維能夠使氣流繞行，進而產生一定的阻力，因此，氣流穿過濾料存在壓力降。一般情況下，濾料纖維填充率高，孔隙率低，壓力降則大；反之則小。電紡纖維膜有著極高的孔隙率，孔徑較為均勻，比表面積大，其直徑通常在數十納米到幾十微米的范圍之間，而且通過調節影響電紡的各種因素可以得到不同直徑的纖維，有望大幅度降低過濾阻力。

2.2.4容塵量

容塵量是在特定實驗條件下過濾器容納試驗粉塵的重量，只用當試驗粉塵和實驗條件相同時，容塵量才能用來判斷過濾器的優劣。一般情況下，濾料的過濾精度越高，其通道易受污染物顆粒的堵塞，其容塵量就會偏低。電紡纖維膜空隙率比較高，又屬于曲折孔結構，在保證過濾精度的情況下，又能提供較高的容塵量。

2.3　靜電紡制備空氣過濾材料存在的工藝問題及改進方法

靜電紡過程中纖維的形成易出現紡錘形的串珠，這種結構的出現使得纖維本身形貌變差，纖維膜的比表面積下降，嚴重影響材料的過濾性能。溶液的黏度、電導率以及表面張力是串珠結構形成的主要因素。Fong等[42]對PEO的水溶液進行了電紡研究,通過在溶液中加入氯化鈉從而增大電導率，以及加入乙醇降低表面張力的方式進行了關于電導率和表面張力對紡絲形貌的影響的研究，結果表明，在聚合物溶液中加入無機鹽提高電導率后，有利于減少串珠和減小纖維直徑。靜電紡纖維直徑均勻性差也限制了其在過濾材料中的應用，目前對于如何改進纖維直徑均勻性的研究很少被報道，其內在機理還有待進一步深入研究[43]。Li等[44]在聚丙烯酸(PAA)水溶液中加入NaOH后，溶液的黏度增加，雖然紡絲纖維直徑增加，但纖維均勻性得到了很大改善。除此之外，電荷積聚效應會影響纖維在接收裝置上的分布均勻性，在纖維膜薄厚不一致的情況下，薄的部分氣阻較低而且易形成較大的孔結構，氣流大部分會從較薄的部分通過，進而降低過濾效率與過濾性能[45]。

目前，由于溶液性質，單針靜電紡的生產率很低，且提供牽伸力的電場容易受到干擾，嚴重阻礙了產品工業化的生產和應用[46]。研究發現，針頭數量和生產率呈線性關系，為了提高靜電紡的生產率，使用多針頭噴嘴進行靜電紡受到廣泛關注。鄭高峰等[47]提出一種具有雙層輔助氣流的多噴頭靜電紡絲裝置，能夠降低紡絲射流中的相互靜電干擾，有利于纖維的均勻收集，實現多噴射流的穩定快速噴射，提高靜電紡絲生產率。

2.4　靜電紡空氣過濾材料的研究

1936年俄羅斯人率先采用靜電紡絲技術用于空氣過濾材料的制備，基于近年來對靜電紡絲技術研究的迅速發展，其電紡產品用于過濾材料也受到了更多的關注[48]。

關于靜電紡絲材料用于過濾方面的研究以尼龍6[49]居多。Guibo[50]等使用尼龍6以甲酸為溶劑配成質量分數為13%的溶液進行電紡，結果表明，厚度為71 μm的尼龍6纖維膜對直徑為3 μm的微粒有很好的過濾性能，斷裂強度和拉伸率分別為(4.71±1.66) MPa和(69.97±9.97)%，而且進一步的結果發現滲透率隨著膜厚度的增加而減少，在(72.9±1.04) μm下通氣量維持在516 L/(m2·s)，對于粒徑為0.3 μm的微粒的過濾效率達到99.98%，高效的滿足了過濾的需求。Zhang等[37]以尼龍6為原料制備直徑范圍為50～150 nm的超細納米纖維膜，為高效空氣過濾器的應用提供了潛在的可能性。

除此之外，大家對其他靜電紡絲的材料用于空氣過濾進行了廣泛的研究。Gopal等[51]利用靜電紡絲技術制備聚偏氟乙烯(PVDF)纖維膜，用于去除5～10 μm的聚苯乙烯顆粒，對膜沒有造成損害的情況下，其分離效率達到90%。Yun等[52]采用聚丙烯腈(PAN)制備了平均直徑在270～400 nm 范圍的電紡纖維膜，并測試了其對80 nm以下的NaCl顆粒的過濾效果。結果表明，和商業的聚烯烴和玻璃纖維過濾膜相比，電紡纖維過濾膜的直徑更為均勻，較少質量的電紡纖維膜就對納米顆粒有較好的阻攔效果，纖維膜厚度增加，阻攔效果變好，進一步證明了電紡纖維膜是一種很有前途的過濾膜材料。劉東等[53]采用靜電紡絲技術制備高比表面積聚砜(PSU)預過濾膜，可作為超濾膜和納濾膜的預過濾膜。

2.5　靜電紡復合功能性空氣過濾材料的研究

靜電紡絲的特殊工藝本身存在一定問題，由它制造的膜的纖維之間是由彼此黏連而成，與其他方法制備的過濾材料相比，其機械性能較差，因此，電紡纖維膜在實際應用中需要額外的支架提供機械強度。如今電紡纖維膜在空氣過濾系統中的應用是基于混合復合系統[54-55]，主要是將納米纖維放置在商業空氣過濾器表面，或者做成“三明治”夾層結構，又或者是不同材質的粗細纖維交織以及多層纖維復合。靜電紡復合功能性空氣過濾膜材料可根據需求改善膜的力學性能、自清潔性、抗菌性能和抗靜電性能。

朱志高[56]以聚丙烯腈(PAN)為原料，通過引入聚氨酯(PU)對纖維膜力學性能進行改性，使得PAN/PU纖維之間產生黏連，從而大大提高了過濾膜的力學性能和耐磨性能，而且進一步自合成了一種含氟聚氨酯(FPU)，通過調整FPU的濃度對纖維的表面進行修飾，制備出了具有優異的防水防油性能的超雙疏性PAN/PU復合纖維微孔膜，當纖維膜克重約為24 g/m2左右、空氣流量為32 L/min時，300～500 nm尺寸范圍內的氯化鈉和油性氣溶膠顆粒的過濾效率分別達99.999%和99.980%，阻力壓降僅為116和117 Pa。程博聞等[57]采用靜電紡制備出納米級的聚己二酸己二醇酯纖維和駐極體熔噴非織造布與納米纖維復合膜，探討了駐極體熔噴非織造布與納米纖維復合膜的過濾性能，結果表明，在氣流速度為2.831 L/min時，該復合膜對粒徑在3 μm以上的粉塵，過濾效率高達99.9%。

王嬌娜等[58]以PP 無紡布為支撐層，采用靜電紡絲技術制備了聚醚砜(PES)微球/纖維低阻力復合空氣過濾膜，微球能夠增加纖維間的間隙， 同時對氣溶膠也有一定的攔截作用，且過濾效率均可達99.99%。萬會高[59]采用靜電紡絲技術一步法制備出高表面粗糙度、高比表面積的PSU/TiO2混紡靜電紡纖維膜，而且混紡纖維膜的過濾效率可達99.97%、壓阻為45.3 Pa(空氣流量為30 L/min)，并且混紡纖維膜與水的接觸角為152°，提高了纖維膜的自清潔性能。

針對現行的“室內空氣病毒污染”問題，可以通過在靜電紡溶液中加入銀來制備具有抗菌性能的高性能空氣過濾復合材料。Chaudhary等[60]將抗菌劑硝酸銀(AgNO3)與聚丙烯腈(PAN)溶液混合電紡，復合納米纖維的抗菌性通過對抗革蘭氏陽性葡萄球菌和革蘭氏陰性大腸桿菌微生物驗證。結果證明PAN-silver復合納米纖維過濾器能夠防止過濾介質上微生物的增長，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌顯示了良好的抗菌活性，而且對于灰塵和微生物具有良好的過濾能力，尤其有助于醫院這種高幾率細菌感染場所空氣的凈化。姚春梅[41]選用可降解的PLA與硝酸銀混合溶液進行靜電紡絲并與PLA非織造布進行復合，制備復合過濾材料，既提高納米纖維膜的強度和過濾膜的抗菌性能，又可以提高普通過濾材料的過濾性能。

電紡聚合物納米纖維可對表面進行靜電處理[61]，在不增加壓降的情況下，依靠靜電吸引的能力進一步提高過濾效率；也可以在紡絲過程中加入碳納米材料或者納米金屬粉體，從而使制備的纖維本身具有導電性，其中，納米碳管屬于一種優良的導電體，可以將其作為功能添加劑，均勻穩定的分散在紡絲液中，進而制備具有良好導電性或者抗靜電性的納米纖維材料。

3　電紡纖維膜在空氣過濾領域的應用

電紡纖維膜在很多領域如高效空氣過濾器[62]、防護紡織品[63]、傳感器[64]、高級復合材料[65]、創傷包敷、膜分離[66]和組織工程支架等都存在潛在的應用前景。近幾年電紡膜以高孔隙度，孔徑在幾十納米到幾個微米，連通孔結構、高滲透和大比表面積等優越性能在作為空氣過濾膜材料方面得到了廣泛的研究。已經成功開發高性能空氣過濾器，有望首次商業化應用。

3.1　工業粉塵過濾

目前空氣污染的主要歸因于工業污染源排放的固體顆粒，主要包括工業生產中由于物料的粉碎、篩分、堆放、轉運或者其他機械處理產生的固體微粒以及由于燃燒、熔融、蒸發、升華、冷凝等過程形成的固態或者液態懸浮微粒等[67]。研究表明，動力學尺度直徑大于10 μm的顆粒被鼻毛阻止于鼻腔；約90%的2～10 μm的微粒能夠沉積于呼吸道的各個部位，被纖毛阻擋可部分排出體外，10%的可以到達肺的深處并沉積于其中；小于2.0 μm的微粒能夠100%的直達肺中，其中0.2～2.0 μm的粒子在肺部幾乎全部不能呼出，小于0.2 μm的微粒可部分呼出體外[68]。 因此，降低空氣中粉塵含量，從根源上切除粉塵顆粒的來源成為了一種行之有效的方法。

傳統過濾材料的過濾過程是主要在材料內部發生，過濾元件很容易被聚集在內部的粉塵顆粒阻塞，并且很難清理干凈，積累到一定程度會使過濾元件的風阻急劇上升，降低除塵系統的氣流量。電紡纖維膜可用于過濾介質的表面過濾，聚集在納米纖維膜表面的粉塵很容易被清除，而且在每次清洗之后，壓降均能恢復到初始時的狀態，大大延長了使用壽命。

3.2　室內空氣過濾

室內空氣污染是另一個重要的環境問題，而且人們每天很大一部分時間待在室內環境中，在這些封閉的建筑物中散發的污染物給人體健康帶來了很大的安全隱患，最常見的有“病態樓宇綜合癥”。空氣過濾器是為小區住宅、工作辦公室及醫院提供安全和清新的環境的基本設備，尤其能夠防止醫院里的病毒和細菌的擴散。因此，室內空氣凈化器的性能備受關注，其核心部件過濾材料也成為了研究熱點。電紡纖維膜不僅具有比表面積大、孔隙率高、孔徑小以及低壓阻等優點，易與AgNO3復合增加過濾膜的抗菌性能，此外還易復合、TiO2、ZnO等納米顆粒，既能提供極高的過濾效率，又可以利用TiO2、ZnO等納米粒子的光催化特性將室內新建材(涂料、油漆、木材等)和粘接劑等產生的HCHO、吸煙所產生的CH3CHO及家庭灰塵產生的CH3SH等有機臭味在紫外光照射下分解除去。

3.3　車用空氣過濾

空氣濾清器是汽車發動機的重要部件之一，其主要作用是阻止空氣中的雜質進入氣缸，進而保證汽缸的空氣質量，避免發生堵塞，造成燃料浪費。目前，最廣泛的車用空氣濾清器的濾料是采用經樹脂處理的微孔濾紙，雖然具有一定的過濾效率，但其在使用過程中極易發生堵塞，需頻繁保養和更換空氣濾芯。因此，靜電紡納米纖維膜材料作為一種集高過濾效率與低空氣阻力于一身的新型過濾材料，勢必在汽車空氣濾清器中有著很大的應用價值。

除此之外，對于封閉的操作空間，工作人員遭受空氣中的污染物成為了一個重要的問題，如采礦工作中的機械設備艙，飛機的客艙等，采用高效的過濾介質降低機艙灰塵濃度，為在這些區域工作的人們提供一個相對安全的環境也有極大必要。美國專利[69]公開了一種方法制造載體材料層與納米纖維無紡布層復合的粉塵過濾袋，對于墨盒吸塵和機艙空氣過濾的應用提供了可能。

3.4　口罩

隨著城市化以及工業化的發展，PM2.5顆粒的空氣污染以及SARS、H1N1、H7N9等各種流感病毒的侵襲，高性能的口罩成為了一件必備的防護工具。目前，熔噴非織造材料因其獨特的三維孔徑結構，成為了口罩的常見濾料，其平均孔徑因生產工藝的不同略有差別，一般約為1～5 μm[70]，而對于PM2.5和病毒(SARS病毒的直徑為0.045 μm，乙型肝炎病毒的直徑為0.05 μm)而言，熔噴過濾材料的孔徑偏大，不能達到很好的過濾效果。靜電紡納米纖維的直徑通常為0.04～2.00 μm，孔徑小，曲折連通孔結構，透氣性好，因此非常適合應用于口罩濾料。劉萬軍[71]研究了納米纖維的直徑、厚度和不同的熔噴材料對熔噴-靜電紡-熔噴(MEM)納米復合非織造材料過濾性能的影響，通過復合一層0.029～0.116 μm的納米纖維膜，熔噴材料的過濾效率提高到99.429%以上，能夠有效攔截空氣中的PM2.5和病毒等微小有害粒子，可應用于高性能防護口罩。

4　結語

電紡納米纖維具有高孔隙率、大比表面積和小直徑等獨特優勢，在空氣過濾材料領域引起了人們越來越多的的關注，對靜電紡絲過濾膜進行深入的基礎和實用性研究，使其有望商業化應用具有重要意義。目前有多種原材料可以直接用于靜電紡過濾材料，其膜力學性能的改善可依托于復合膜過濾材料的研究，而且具有自清潔性和抗菌性能等的功能型的復合過濾材料的研究也勢在必行。

參考文獻：

[1]Barhate R S, Ramakrishna S. Nanofibrous filtering media: Filtration problems and solutions from tiny materials[J]. Journal of Membrane Science, 2007, 296(1): 1-8

[2]李山山, 何素文, 胡祖明, 等. 靜電紡絲的研究進展[J]. 合成纖維工業, 2009 (4): 44-47

Li Shanshan, He Suwen, Hu Zuming,etal. Research progresss in electrospinning processs[J]. China Synthetic Fiber Industry, 2009 (4): 44-47(in Chinese)

[3]Heikkil? P, Taipale A, Lehtim?ki M,etal. Electrospinning of polyamides with different chain compositions for filtration application[J]. Polymer Engineering & Science, 2008, 48(6): 1 168-1 176

[4]付海明, 沈恒根. 空氣過濾理論研究與發展[J]. 過濾與分離，2003, 13(3): 20-24

Fu Haiming, Shen Henggen. Research and development of the theory on air filtration[J]. Journal of Filtration & Separation, 2003, 13(3): 20-24(in Chinese)

[5]蔡杰. 空氣過濾ABC[M]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2002

[6]Brown R C. Theory of airflow through filters modeled as arrays of parallel fibers[J].Chemical Engineering Science, 1993, 48 (20): 3 535-3 543

[7]向曉東. 氣溶膠科學技術基礎[M]. 北京：中國環境科學出版社，2012

[8]Friedlander S K. Theory of aerosol filtration[J]. Industrial & Engineering Chemistry, 1958, 50(8): 1 161-1 164

[9]Davies C N. Aerosol science[M]. London: Academic Press, 1966

[10]Davies C N. Air filtration[M]. London: Academic Press, 1973

[11]Fourné F. Synthetic fibers[M]. Munich: Hanser Publishers, 1999

[12]McIntyre J E. Synthetic Fibers [M]. New York: Woodhead Publishing Limited, 2003

[13]Tekalp A M, Kaufman H, Woods J W. Edge-Adaptive Kalman filtering for image restoration with ringing suppression[J]. Acoustics, Speech and Signal Processing, IEEE Transactions on, 1989, 37(6): 892-899

[14]Langmuir I. Report on smokes and filters. Filtration of aerosols and the development of filter materials[R]. Office of Scientific Research and Development No 865, Ser No 353, 1942

[15]Davies C N. Particle-Fluid interaction[J]. Journal of Aerosol Science, 1979, 10(5): 477-513

[16]Bode H R, David C N. Regulation of a multipotent stem cell, the interstitial cell of hydra[J]. Progress in Biophysics and Molecular Biology, 1979, (33): 189-206

[17]Friedlander S K, Litt M. Diffusion controlled reaction in a laminar boundary layer[J]. Chemical Engineering Science, 1958, 7(4): 229-234

[18]Yoshioka S, Takayanagi S. Deposition of silicon nitride films by the silane-hydrazine process[J]. Journal of the Electrochemical Society, 1967, 114(9): 962-964

[19]Piekaar H W, Clarenburg L A. Aerosol filters—The tortuosity factor in fibrous filters[J]. Chemical Engineering Science, 1967, 22(12): 1 817-1 827

[20]Clarenburg L A, Piekaar H W. Aerosol filter—I theory of the pressure drop across single component glass fibre filters[J]. Chemical Engineering Science, 1968, 23(7): 765-771

[21]Brown R C, Wake D. Air filtration by interception— Theory and experiment[J]. Journal of Aerosol Science, 1991, 22(2): 181-186

[22]Brown R C. Blended-Fibre filter material: US, 4798850 [P]. 1989-01-17

[23]Payet S, Boulaud D, Madelaine G,etal. Penetration and pressure drop of a HEPA filter during loading with submicron liquid particles[J]. Journal of Aerosol Science, 1992, 23(7): 723-735

[24]Rosner D E, Tandon P. Rational prediction of inertially induced particle deposition rates for a cylindrical target in a dust-laden stream[J]. Chemical Engineering Science, 1995, 50(21): 3 409-3 431

[25]Koeylue U, Xing Y, Rosner D E. Fractal morphology analysis of combustion-generated aggregates using angular light scattering and electron microscope images[J]. Langmuir, 1995, 11(12): 4 848-4 854

[26]劉道清. 空氣過濾技術研究綜述[J]. 環境科學與管理, 2007, 32(5): 109-113

Liu Daoqing. Overview on research and development of air filtration technology[J]. Environmental Science and Management, 2007, 32(5): 109-113(in Chinese)

[27]杜丹豐. 微米木纖維發動機空氣濾芯過濾機理及試驗檢測研究 [D]. 哈爾濱：東北林業大學, 2010

[28]趙向紅, 寧健, 郭煥章. 我國鐵路空調客車空氣凈化問題的研究[J]. 中國鐵道科學, 2001, 22(6): 127-130

Zhao Xianghong, Ning Jian, Guo Huanzhang. The study of air parification in chinacs air-conditioned coaches[J]. China Railway Science, 2001, 22(6): 127-130(in Chinese)

[29]張漢召. 炭化微米木纖維微粒捕集器制造工藝及過濾機理研究[D]. 哈爾濱：東北林業大學, 2011

[30]趙曉蓉. 空氣過濾技術及應用[J]. 山西建筑, 2010, 36(21): 179-180

Zhao Xiaorong. The air filtering technology and application[J]. Shanxi Architecture, 2010, 36(21): 179-180(in Chinese)

[31]覃小紅, 王善元. 靜電紡納米纖維的過濾機理及性能[J]. 東華大學學報: 自然科學版, 2007, 33(1): 52-56

Qin Xiaohong, Wang Shanyuan. Filtration properties of electrospinning nanofibers[J]. Journal of Dong Hua University: Natural Science, 2007, 33(1): 52-56(in Chinese)

[32]Fomhais A. Process and apparatus for preparing artificial threads: US, 1975504 [P]. 1934-10-02

[33]Hohman M M, Shin M, Rutledge G,etal. Electrospinning and electrically forced jets. I. Stability theory[J]. Physics of Fluids (1994-present), 2001, 13(8): 2 201-2 220

[34]Shin Y M, Hohman M M, Brenner M P,etal. Experimental characterization of electrospinning: The electrically forced jet and instabilities[J]. Polymer, 2001, 42(25): 9 955-9 967

[35]Doshi J, Reneker D H. Electrospinning process and applications of electrospun fibers [C]//Industry Applications Society Annual Meeting, 1993, Conference Record of the 1993 IEEE. IEEE, 1993: 1 698-1 703

[36]Fong H, Chun I, Reneker D H. Beaded nanofibers formed during electrospinning[J]. Polymer, 1999, 40(16): 4 585-4 592

[37]李忠全. ISO9277-1995《氣體吸附 BET 法測定固態物質的比表面積》[J]. 粉末冶金工業, 1996, 6(2): 38-43

[38]田英姿, 陳克復. 用壓汞法和氮吸附法測定孔徑分布及比表面積[J]. 中國造紙, 2004, 23(4): 21-23

Tian Yingzi, Chen Kefu. Determination of pore size distribution and surface area of several materials using mercury porosimetry and gas adsorption[J]. China Pulp & Paper, 2004, 23(4): 21-23(in Chinese)

[39]梁云, 胡健, 周雪松, 等. 纖維過濾材料孔徑及孔徑分布測試方法的研究[J]. 紡織科學研究, 2005, 15(4): 23-26

[40]Huang Z, Zhang Y, Kotaki M,etal. A review on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nanocomposites[J]. Composites Science and Technology, 2003, 63(15): 2 223-2 253

[41]姚春梅. 含銀PLA納米纖維復合過濾材料的制備及性能研究[D]. 無錫：江南大學, 2012

[42]Fong H, Chun I, Reneker D H. Beaded nanofibers formed during electrospinning[J]. Polymer, 1999, 40(16): 4 585-4 592

[43]潘芳良, 潘志娟. 靜電紡纖維制品在空氣過濾中的應用[J]. 產業用紡織品, 2011, 29(5): 34-39

Pan Fangliang, Pan Zhijuan. Application of the electrospun fiber products[J].Technical Textiles, 2011, 29(5): 34-39(in Chinese)

[44]Li L, Hsieh Y L. Ultra fine polyelectrolyte fibers from electrospinning of poly(acrylic acid)[J]. Polymer, 2005, 46: 5 133-5 139

[45]Podgorski A, Balazy A, Gradon L. Application of nanofibers to improve the filtration efficiency of the most penetrating aerosol particles in fibrous filters[J]. Chemical Engineering Science, 2006, 61(20): 6 840-6 851

[46]Dosunmu O O, Chase G G, Kataphinan W,etal. Electrospinning of polymer nanofibers from multiple jets on a porous tubular surface[J]. Nanotechnology, 1006, 17(4): 1 123-1 127

[47]鄭高峰, 陳東陽, 白鵬, 等. 一種多噴頭靜電紡絲裝置: 中國, 103628150A [P]. 2014-03-12

[48]Yoon K, Kim K, Wang X,etal. High flux ultrafiltration membranes based on electrospun nanofibrous PAN scaffolds and chitosan coating[J]. Polymer, 2006, 47(7): 2 434-2 441

[49]Zhang S, Shim W S, Kim J. Design of ultra-fine nonwovens via electrospinning of Nylon 6: Spinning parameters and filtration efficiency[J]. Materials & Design, 2009, 30(9): 3 659-3 666

[50]Yin G, Zhao Q, Zhao Y,etal. The electrospun polyamide 6 nanofiber membranes used as high efficiency filter materials: Filtration potential, thermal treatment, and their continuous production[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2013, 128(2): 1 061-1 069

[51]Gopal R, Kaur S, Ma Z,etal. Electrospun nanofibrous filtration membrane[J]. Journal of Membrane Science, 2006, 281(1): 581-586

[52]Yun K M, Hogan Jr C J, Matsubayashi Y,etal. Nanoparticle filtration by electrospun polymer fibers[J]. Chemical Engineering Science, 2007, 62(17): 4 751-4 759

[53]劉東, 繆潔, 朱新生. 靜電紡聚砜納米纖維預過濾膜[J]. 國外絲綢, 2009, 23(6): 10-12

[54]Wang X, Chen X, Yoon K,etal. High flux filtration medium based on nanofibrous substrate with hydrophilic nanocomposite coating[J]. Environmental Science &Technology, 2005, 39(19): 7 684-7 691

[55]Shin C, Chase G G. Water-in-Oil coalescence in micro-nanofiber composite filters[J]. AIChE Journal, 2004, 50(2): 343-350

[56]朱志高. 氟化超雙疏聚丙烯腈/聚氨酯纖維膜的制備及其空氣過濾性能研究[D]. 上海：東華大學, 2014

[57]程博聞, 康衛民, 丁長坤, 等. 靜電紡納米纖維復合膜及其過濾性能研究[J]. 2005 年全國高分子學術論文報告會論文摘要集, 2005

[58]王嬌娜, 馬利嬋, 李麗, 等. 靜電紡 PES 微球/纖維低阻力復合空氣過濾膜的研究[J]. 高分子學報, 2014, (11): 1 479-1 485

[59]萬會高. 空氣過濾用聚砜/TiO2纖維膜的制備及其構效關系研究[D]. 上海：東華大學, 2014

[60]Chaudhary A, Gupta A, Mathur R B,etal. Effective antimicrobial filter from electrospun polyacrylonitrile-silver composite nanofibers membrane for conducive environment[J]. Adv Mater Lett, 2014, 5(10): 562-568

[61]Tsai P P, Schreuder-Gibson H, Gibson P. Different electrostatic methods for making electret filters[J]. Journal of Electrostatics, 2002, 54(3): 333-341

[62]Hajra M G, Mehta K, Chase G G. Effects of humidity, temperature, and nanofibers on drop coalescence in glass fiber media[J]. Separation and Purification Technology, 2003, 30(1): 79-88

[63]Schreuder-Gibson H, Gibson P, Senecal K,etal. Protective textile materials based on electrospun nanofibers[J]. Journal of Advanced Materials, 2002, 34(3): 44-55

[64]Wang X, Drew C, Lee S H,etal. Electrospun nanofibrous membranes for highly sensitive optical sensors[J]. Nano Letters, 2002, 2(11): 1 273-1 275

[65]Bergshoef M M, Vancso G J. Transparent nanocomposites with ultrathin, electrospun nylon-4, 6 fiber reinforcement[J]. Advanced Materials, 1999, 11(16): 1 362-1 365

[66]陸靚靚. 聚乳酸/聚己內酯共混物的電紡纖維[D]. 揚州：揚州大學, 2012

[67]申麗, 張殿印. 工業粉塵及其性質[J]. 金屬世界, 1997, 6: 10-11

[68]張書林. 粉塵的危害及環境健康效應[J]. 佛山陶瓷, 2003, 4: 80-81

[69]Emig D, Klimmek A, Raabe E. Dust filter bag containing nano non-woven tissue. US: 6395046 [P]. 2002-05-18

[70]Guo S, Ke Q, Wang H,etal. Poly (butylene terephthalate) electrospun/melt-blown composite mats for white blood cell filtration[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2013, 128(6): 3 652-3 659

[71]劉萬軍, 靳向煜, 劉文富, 等. MEM 納米復合非織造材料的過濾性能[J]. 東華大學學報：自然科學版，2014, 40(2): 176-180

Liu Wanjun, Jin Xiangyu, Liu Wenfu,etal. filtration performance of MEM nonwoven nanocomposites[J]. Journal of Donghua University: Natural Science, 2014, 40(2): 176-180(in Chinese)